1、 電氣信息學院多位LED掃描譯碼驅動電路課程設計報告課題名稱 電子技術課程設計 專業班級 12級電氣自動化02班 學 號 1204190224 學生姓名 王嬉嬉 指導教師 鄭寬磊 評 分 2014年 5 月 26日至 6 月 15 日22 /17目錄摘要3一課程設計目的4二方案分析與選擇42.1電阻42.2 二極管62.3 LED數碼管92.4 74LS161 . 102.5 74LS153112.6 74LS138122.7 CD4511.13三.多位LED譯碼掃描驅動電路原理153.1設計多位LED譯碼驅動電路框圖153.2方波產生電路153.3方波轉化成脈沖信號163.4LED動態掃描和

2、驅動電路163.5LED動態掃描原理17四.仿真與調試18五.元件清單.20六心得體會.20七參考文獻.21摘 要LED（Light Emitting Diode）行業現在成為一個快速發展的新興產業， 市場空間巨大，前景廣闊。本文介紹了多位LED掃描譯碼驅動電路，其中著重介紹了LED動態掃描的硬件設計思路、硬件電路各個部分的功能及原理、及詳細的使用說明和工作流程。LED數碼管是利用7個LED（發光二極管）外加一個小數點的LED組合而成的顯示設備. LED數碼管可以顯示09等10個數字和小數點, 通常用來顯示時間、速度、系統狀態等。關鍵詞: LED數碼管 動態掃描 譯碼器ABSTRACTLED

3、(Light Emitting Diode) industry has now become a fast-growing emerging industry. The market has big and broad prospects. Based on a number of LED scan decoding drive circuit , this article describes the LED Dynamic scan display and interface design.Its focus is on the LED dynamic scanning hardware d

4、esign ideas, features and principles of the various parts of the hardware circuit, and the corresponding software programming, as well as detailed instructions for use and work progress.As a new display, LED digital tube is one display device combined by seven LED (light emitting diode) and the deci

5、mal point LED.LED digital tube can be displayed 0 to 9 total 10 digits and decimal points,Usually its used to display time, speed and system state widely.Keywords: Light Emitting Diode dynamic scanning the decoder一.課程設計的目的1)鞏固和加深所學電子技術課程的基本知識（數字部分和模擬部分），提高綜合運用所學知識的能力。2)培養學生獨立思考和團隊合作能力。3)通過設計方案的分析比較、

6、元件選擇及畫電路圖等環節初步掌握設計的原理和仿真軟件的使用。4)提高學生的動手能力掌握常用儀器設備的正確使用方法，學會對簡單實用電路的實驗調試。5)了解與課題有關的電路以及元器件的工作原理，能按課程設計任務書的要求編寫設計說明書，能正確反映設計和實驗成果，能正確繪制電路固等。6)培養學生根據課題需要選用參考書、查閱資料，學會獨立思考等能力。二方案分析與選擇首先使用集成運放構造成振蕩電路，設計一個能夠產生1Hz-2KHz頻率連續可調的方波信號；對方波信號進行信號整形和調理，得到一個可供數字電路使用的脈沖信號；脈沖信號送給數字電路部分，實現計數和譯碼控制電路對多位LED顯示器的動態掃描和驅動。2.

7、1 電阻此次課程設計，我們只用了 1個1K 的電阻，1個5.1K的電阻，兩個10K電阻，兩個20K電阻，一個200K電阻和一個200k滑動變阻器 ，一部分用作負載，另一部分用來分壓。關于電阻，下面介紹一下關于色環的知識。這樣，我們就不用每次都去拿萬用表讀數了。以下是色環顏色所代表的數字或意義示例: 如圖2-1所示左圖所示,電阻的色標是由左向右排列的，電阻為270000.5%而精密電阻器的色環標志用五個色環表示。第一至第三色環表示電阻的有效數字，第四色環表示倍乘數，第五色環表示允許偏差。右圖所示的電阻為17.51%。圖2-1 色環示例2.2二極管 二極管（國標） 此次課程設計，我們用到的是穩壓二

8、極管關于二極管，下面介紹一下二極管的判別及參數。 1).簡述 半導體是一種具有特殊性質的物質，它不像導體一樣能夠 完全導電，又不像絕緣體那樣不能導電，它介于兩者之間，所以稱為半導體。半導體最重要的兩種元素是硅(讀“gu”)和鍺(讀“zh”)。二極管最明顯的性質就是它的單向導電特性，就是說電流只能從一邊過去，卻不能從另一邊過來(從正極流向負極)。2)半導體二極管的極性判別及選用(1) 半導體二極管的極性判別一般情況下，二極管有色點的一端為正極，如2AP12AP7，2AP112AP17等。如果是透明玻璃殼二極管，可直接看出極性，即內部連觸絲的一頭是正極，連半導體片的一頭是負極。塑封二極管有圓環標志

9、的是負極，如IN4000系列。無標記的二極管，則可用萬用表電阻擋來判別正、負極，萬用表電阻擋示意圖見圖T304。2二極管的選用通常小功率鍺二極管的正向電阻值為300500，硅管為1k或更大些。鍺管反向電阻為幾十千歐，硅管反向電阻在500k以上(大功率二極管的數值要大得多)。正反向電阻差值越大越好。點接觸二極管的工作頻率高，不能承受較高的電壓和通過較大的電流，多用于檢波、小電流整流或高頻開關電路。面接觸二極管的工作電流和能承受的功率都較大，但適用的頻率較低，多用于整流、穩壓、低頻開關電路等方面。選用整流二極管時，既要考慮正向電壓，也要考慮反向飽和電流和最大反向電壓。選用檢波二極管時，要求工作頻率

10、高，正向電阻小，以保證較高的工作效率，特性曲線要好，避免引起過大的失真 3）二極管的功能及類型利用二極管單向導電的特性，常用二極管作整流器，把交流電變為直流電，即只讓交流電的正半周(或負半周)通過，再用電容器濾波形成平滑的直流。事實上好多電器的電源部分都是這樣的。二極管也用來做檢波器，把高頻信號中的有用信號“檢出來”，老式收音機中會有一個“檢波二極管”，一般用2AP9型鍺管。二極管的類型也有好幾種，對于電子制作來說，常常用到以下的二極管： 用于穩壓的穩壓二極管，用于數字電路的開關二極管，用于調諧的變容二極管，以及光電二極管等，最常看見的是發光二極管 2.3LED數碼管 此次課程設計，我們用到了

11、四共陰極LED數碼管。 數碼管其實也是由發光二極管所構而成的，下面介紹一下構成和參數。常用的LED數碼管如圖所示。它是利用發光二極管的制造工藝，由7個條狀管芯 和一個點狀管芯的發光二極管制成。LED數碼管有兩種不同的結構形式，其等效電路分別如圖所示。各段發光二極管的陽極連在一起作為公共端，因此稱為共陽極數碼管。工作時應當將陽極連電源正極，各驅動輸入端通過限流電阻接相應的譯碼驅動器的輸出。當譯碼驅動器的輸出為低電平時，數碼管相應的段變亮。LED數碼管各段發光二極管的伏安特性與普通二極管類似，只是正向壓降稍大，在正向電流達到適當大小時就能發光。在一定范圍內，發光亮度和正向電流的大小近似成正比，但正

12、向電流應小于允許的最大電流，并應留有適當的裕量，一般以不超過極限電流的70%為宜。因此，它的驅動輸入端和譯碼電路或電壓源相連時，應當串接合適的限流電阻，以免損壞器件。表B314列出了幾種數碼管的參數。2.4 74LS161真值表和引腳圖管腳圖介紹：時鐘CP和四個數據輸入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置數PE數據輸出端Q0Q3以及進位輸出TC. (TC=Q0Q1Q2Q3CET)從74LS161功能表功能表中可以知道，當清零端CR=“0”，計數器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個時候為異步復位功能。當CR=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端Q3

13、、Q2、Q1、Q0的狀態分別與并行數據輸入端D3，D2，D1，D0的狀態一樣，為同步置數功能。而只有當CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計數器加1。74LS161還有一個進位輸出端CO，其邏輯關系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應用計數器的清零功能和置數功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。2.5 74LS153的真值表和引腳圖74153里面有兩個地址碼共用的4選1數據選擇器。通過輸入不同的地址碼A1，A0，可以控制輸出Y選擇4個輸入數據D0D3中的一個2.6 74LS138的引腳圖和真值表74HC138管腳圖:74LS138為3 線8 線譯碼

14、器，共有 54/74S138和 54/74LS138兩種線路結構型式，其工作原理如下： 當一個選通端（G1）為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。 利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可級聯擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯擴展成 32 線譯碼器。 若將選通端中的一個作為數據輸入端時，74LS138還可作數據分配器2.7 CD4511的真值表和原理圖三多位LED掃描譯碼電路原理3.1多位LED掃描譯碼電路設計框圖方波產生電路信號整形首先使用集成運放構造成振蕩電路，設計一個能夠產生1Hz

15、-2KHz頻率連續可調的方波信號；對方波信號進行信號整形和調理，得到一個可供數字電路使用的脈沖信號；脈沖信號送給數字電路部分，實現計數和譯碼控制電路對多位LED顯示器的動態掃描和驅動。和調理控制電路S1S0四位四選一數據選擇器方波CP44441D 2D 3D 4D41位LED譯碼驅動器74位LED顯示電路3.2方波產生電路利用集成運放構成遲滯比較器產生方波信號，測量所產生方波信號的頻率，并記錄觀察其波形圖1 遲滯比較器方波產生電路3.3方波信號整形和調理變換成脈沖信號由方波信號得到0和+5V高低電平脈沖信號，用示波器觀察原始方波信號以及整形和調理后的脈沖信號，完整記錄。圖2 脈沖信號電路3.4

16、LED動態掃描和驅動電路該部分包括以下電路：（1）二位二進制（四進制）計數器電路部分，利用四位二進制同步加法計數器161的D1和D0實現；（2）兩片雙四選一數據選擇器153部分實現4位LED數據的輸入；（3）一片顯示譯碼驅動器CD4511，驅動4位七段共陰數碼管；（4）三線-八線譯碼器138，在計數器的控制下依次送給數碼管共陰端低電平，實現多位LED的掃描和點亮。圖3 LED動態掃描和驅動電路3.5 LED動態掃描原理數碼管動態顯示介面是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極通過7

17、4LS138來控制，位元選通由CD4511控制，我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個LED數碼管的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位元數碼管的點亮時間為1ms到2ms，LED數碼管動態顯示就是一個一個地輪流點亮各個數碼管，對于每一個LED數碼管來說，每隔一段時間就點亮一次，由于人的“視覺暫留”現象及發光二極體的“余輝效應”， 采用循環掃描的方式，分時輪流選各數碼管的公共端，使數碼管輪流導通顯示。當掃描速度達到一定程度時，人眼就分辨不出來了。盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃

18、描的 速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，認為各數碼管是同時發光的。盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示資料，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的。四.仿真與調試仿真電路圖 調試過程 調試過程中的問題與解決方法1. 通電后數碼管不能工作解決方法：我和組員一起把面包板上的接線重新按照電路圖檢查一遍，檢查出芯片的引腳接錯還有-12V電源插錯插孔。2. 第三第四數碼管a二極管不亮解決方法：我和組員用示波器檢查了方波產生電路，結果正常。然后又檢查74LS138輸出脈沖，結果也正常，我們檢查不出哪里出了錯誤，我們請其他的同學幫忙檢查，同學檢查出是數碼管的連線出了錯誤，改正后正常工作。五.器件清單模擬部分運算放大器TL082或者TL084（4運放）1片電阻1K1個5.1 K1個10K2個20K2個200K1個可調電阻100K或200K1個4.3V穩壓管IN4731A2個整流二極管IN40071個電容330nf 或者 220nf1個數字部分2輸入與非門74LS001片4位同步計算器74LS1611片雙四選一數據選擇器74LS1532片3線-8線譯碼器74LS1381片顯示譯碼器CD4511或者74LS481片共陰數碼管BS2014支六.心得體會剛開